瞻觀前沿

3D打印的“超材料”具有自然界或制造業中不常見的強度/重量水平，它可能會改變我們制造從醫療植入物到飛機或火箭部件等各種物品的方式打印。皇家墨爾本理工大學(簡稱RMIT)的研究人員用普通的鈦合金創造了這種新的超材料，該術語用于描述具有自然界中未觀察到的獨特性能的人造材料。但正是該材料獨特的晶格結構設計最近在《先進材料》雜志上披露使它變得非常不常見：測試表明，它比航空航天應用中使用的類似密度的下一個最強合金強50%。

通過將3D打印設計推向極限，RMIT團隊優化了一種新型的晶格結構，以更均勻地分布應力，提高其強度或結構效率打印。RMIT的杰出教授Ma Qian說：“我們設計了一種中空的管狀晶格結構，內部有一條細帶。這兩種元素結合在一起，展現出前所未有的力量和輕盈。通過有效地合并兩個互補的晶格結構以均勻分布應力，我們避免了應力通常集中的弱點”。

該團隊在RMIT先進制造區使用激光粉末床融合工藝3D打印了該設計，即使用高功率激光束將金屬粉末層熔化到位打印。測試表明，打印的設計(鈦晶格立方體)比鑄造鎂合金WE54強50%，WE54是航空航天應用中使用的類似密度的最強合金。新結構有效地將集中在晶格臭名昭著的弱點上的應力減半。雙晶格設計還意味著任何裂紋都會沿著結構偏轉，進一步增強韌性。

研究主要作者、皇家墨爾本理工大學博士候選人喬丹·諾羅尼亞 (Jordan Noronha) 表示，他們可以使用不同類型的打印機制造出幾毫米或幾米大小的結構打印。這種可印刷性及其強度、生物相容性、耐腐蝕性和耐熱性使其成為許多應用的有前途的候選者，從骨植入物等醫療設備到飛機或火箭零件。

該團隊計劃進一步改進該材料以實現最大效率，并探索在更高溫度環境中的應用打印。雖然目前可耐受高達 350 °C 的溫度，但他們相信使用更耐熱的鈦合金可以使其耐受高達 *00 °C 的溫度，用于航空航天或消防無人機。由于制造這種新材料的技術尚未廣泛應用，其在行業中的采用可能需要一些時間。

圖片來源：攝圖網

技術價值觀察

3D打印產業鏈的上游為原材料及基礎配件，原材料分為金屬專用材料及非金屬專用材料兩大類，是基礎配件及3D打印耗材的原材料打印。中游為3D打印耗材(金屬粉末、光敏樹脂、工程塑料、陶瓷材料、生物材料等)及3D打印設備的研發制造;下游為3D打印服務及應用，3D打印主要應用場景于航空航天、模具鑄造、生物醫療、汽車、軍工等領域。

皇家墨爾本理工大學的研究人員用普通的鈦合金，融合工藝3D打印的設計(鈦晶格立方體)創造新的超材料打印。因此，從3D打印產業鏈上看，該技術處于產業鏈的上游環節，對原材料產生較大影響。

宏觀市場觀察

——3D打印行業仍舊處于成長階段

依托行業不同生命階段關鍵因素的發展特征對行業的成熟度進行綜合判定和分析，目前全球3D打印行業處在行業成長中期打印。3D打印起源于19世紀末的美國，由美國研究的照相雕塑和地貌成型技術開創了的3D打印核心思想，19**年，世界上第一家生產3D打印設備的公司3D Systems成立，自此，美國開始涌現出多家3D打印公司。

據Wholers數據，3D打印自誕生30多年以來，該領域包括設備、材料和服務在內的全球收入平均年增長率為2*.1%，并有23年以兩位數的速度增長打印。這個行業具有巨大的未開發潛力，因受疫情影響，2020年3D打印市場發展雖然放緩，但仍然保持了正向增長。從技術的角度來看，3D打印經歷過產品新、質量差，專攻研發與技術改進的“負盈利”導入期，目前部分技術較為成熟、銷量開始攀升、市場份額不斷擴大、競爭者不斷涌入，符合成長期的特征。在未來還將有一段較長的成長期，最終過渡到成熟期，達到最高的產值和利潤總量。

——全球3D打印市場美國獨占1/3

作為3D打印起步較晚的中國，近幾年，抓緊自主創新和研發，雖然和國外的技術還有一定差距，但也一步步朝著精細化和專業發展打印。當然，國內巨大的市場潛能，也吸引了不少國外3D打印行業巨頭的目光和投資，進一步推動了中國3D打印產業的發展。

——市場規模及預測：全球3D打印市場未來增速達到20%以上的高水平

根據全球知名3D打印制造平臺3D Hubs數據，2020年全球3D打印產品及服務市場規模約為12*億美元打印。同時，3D Hubs預測2020-2023年全球3D打印市場增速達到17%;2023-2025年達到最高23.7%;2025-202*年達到20.4%，到202*年，全球3D打印市場規模將超過370億美元。

——打印我國3D打印市場規模超200億元

2017-2020年，我國3D打印產業規模逐年增加，增加速度要略快于全球整體增速，以致于我國3D產業占全球的比重在不斷增加打印。根據2020年3月賽迪顧問發布的《2019年全球及中國3D打印行業數據》，2019年，中國3D打印產業規模為157.5億元，同比增加31.1%。經初步統計，2020年中國3D打印規模突破200億元，約為20*億元。

——多數3D打印機價格在2500美元以上

3D打印機隨用途的不用價位也不同，一般商用打印機價位較高，價位為幾萬到幾十萬不等;國內購物網站上已經可以購買到廉價的3D打印機價格在3000至5000元不等，并配有快速入門指南、相應軟件下載、機器矯正等介紹打印。隨著3D打印技術的應用越來越廣泛，各種耗材、打印機的價格必將呈現下降趨勢，未來3D打印機完全有可能像傳統打印機一樣，成為每家每戶都買得起、用得上的設備。

3DScienceValley對企業的調查顯示，中國市場對于高端的工業級3D打印設備采購占據主流地位，有超過44%的企業采用的10萬美金/臺以上的工業級3D打印機打印。

——汽車、工業機械與航空航天是主要應用領域

3D打印應用的領域廣泛，3D打印在下游應用行業和具體用途領域的分布反映了這一技術具有的優勢和特點，同時也反映了這一技術的局限和在發展過程中尚需完善的地方打印。

根據中國增材制造產業聯盟統計，在應用領域方面，由于工業機械、汽車制造、航天航空等領域對于構件質量要求、定制化要求較高，因此，我國3D打印應用領域主要集中于工業機械、汽車制造、航天航空等領域，三者合計占比超過50%，其中工業領域應用占比20%，航空航天應用占比1*.90%，汽車領域應用占比1*.00%打印。

中國3D打印技術賽道熱力圖

根據前瞻產業熱力圖顯示，與3D打印關鍵技術強關聯的城市集群主要集中在華南和華中地區，并且以廣東、湖南省為重點發展區域，未來布局3D打印技術及其他效果技術的發展路徑，極大可能性在于華南、華中地區優先導入，其中可重點關注廣東省廣州市天河區、廣東省深圳市龍華區、湖南省長沙市開福區所處3D打印的相關企業，以及該地方對于3D打印的產業發展投資環境、供給市場的潛力空間打印。

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